Insegnamento: ELETTROTECNICA Docente: Prof. Alberto Geri Lezione: Macchine asincrone. Data: 14/06/06 Ora: Pagina: 2

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1 Elettrotecnica

2 MACCHINE ASINCRONE Ora: Pagina: 2

3 1/22 Cenni costruttivi: statori ed avvolgimenti statorici di piccoli motori Ora: Pagina: 3

4 2/22 Cenni costruttivi: esempi di cave statoriche motore di piccola potenza motore da 1,2 MW, 6 kv Ora: Pagina: 4

5 3/22 Cenni costruttivi: esempi di cave statoriche di motori Ora: Pagina: 5

6 4/22 Cenni costruttivi: statore di un motore di potenza da 6 kv e 1,2 MW connessioni frontali cave di statore conduttori attivi L D Ora: Pagina: 6

7 5/22 Cenni costruttivi: statore di una macchina di piccola potenza con avv. a matas. Matasse Isolamento verso massa della matassa Ora: Pagina: 7

8 6/22 Cenni costruttivi: isolamento verso massa della matassa di statore Motore da 5 kw, 380 V Ora: Pagina: 8

9 7/22 Cenni costruttivi: vista laterale del pacco statorico lc barra pressapacco canali di ventilazioni piastra e dita pressapacco pacchi magnetici elementari D/2 traferro rotore L Ora: Pagina: 9

10 8/22 Cenni costruttivi: rotore a gabbia, avvolgimento statorico e statore Ora: Pagina: 10

11 9/22 Cenni costruttivi: rotore avvolto con collegamento ad anelli (anno 1911) Spazzole Anelli Canali di raffreddamento Ora: Pagina: 11

12 10/22 Cenni costruttivi: rotore avvolto di un motore di potenza da 6 kv - 1,2 MW L Canali di raffreddamento Cave di rotore Ora: Pagina: 12

13 11/22 Cenni costruttivi: avvolgimento di rotore a gabbia Conduttori attivi Anelli di corto circuito Alette di raffreddamento Rotore a gabbia in alluminio pressofuso Ora: Pagina: 13

14 12/22 Cenni costruttivi: avvolgimento di rotore a gabbia in motori di piccola potenza Anelli di corto circuito con alette di raffreddamento Anelli di corto circuito con alette di raffreddamento Ora: Pagina: 14

15 13/22 Cenni costruttivi: motore di piccola potenza con rotore a gabbia cave di rotore inclinate rispetto a quelle di statore Ora: Pagina: 15

16 14/22 Cenni costruttivi: motore di potenza con rotore a doppia gabbia (> 100 kw) Ora: Pagina: 16

17 15/22 Cenni costruttivi: vista di un motore trifase aperto L conduttori attivi di rotore (indotto) ferro di statore cuscinetti ventola di raffreddamento D ferro di rotore scudo di supporto alette di raffreddamento avvolgimento di statore (induttore) alette rotanti di raffreddamento Ora: Pagina: 17

18 16/22 Cenni costruttivi: vista di un motore trifase aperto Ora: Pagina: 18

19 17/22 Cenni costruttivi: morfologia e raffreddamento di motori di piccola potenza Asse orizzontale, supporti a scudo Ventilazione a circuito aperto Ora: Pagina: 19

20 18/22 Cenni costruttivi: morfologia e raffreddamento di motori di potenza Alette di raffreddamento Asse orizzontale, supporti a cavalletto, raffreddamento a circuito aperto Ora: Pagina: 20

21 19/22 Cenni costruttivi: motore ad asse verticale Cuscinetti di guida Reggispinta Ora: Pagina: 21

22 20/22 Cenni costruttivi: struttura del nucleo magnetico (sezione trasversale) Ora: Pagina: 22

23 21/22 Cenni costruttivi: struttura portante e nucleo magnetico (sezione longitudinale) Ora: Pagina: 23

24 22/22 Cenni costruttivi: rotore a gabbia di scoiattolo (a singola e a doppia gabbia) Ora: Pagina: 24

25 1/2 Campo magnetico pulsante Ora: Pagina: 25

26 2/2 Campo magnetico rotante 60 c f nc= = = p 2 2 p Ora: Pagina: 26

27 1/2 Rotore bloccato: indotto aperto m1 E a1 m1 k a1 N 1 t= = m2 E a2 m2 k a2 N 2 Ns Per l ' avvolgimento a gabbia : N 2=1 k a2 =1 ed m2= p I 2 A vuoto I 2 =0 da cui segue I 12= =0 t Pertanto si ha I 1 = I 10 e quindi E 1= E a1 R 1 jx 1 I 10 E a1=2 k a1 k f N 1 f E a2 =2k a2 k f N 2 f Ora: Pagina: 27

28 2/2 Rotore bloccato: indotto chiuso in corto circuito E a2 I 2cc= R 2 jx 2 1 I 1cc = I 10 I 12cc=I 10 I 2cc t Riportando al primario E a1 = I 12cc R 12 jx 12 R 12=t 2 R 2 e E 1= E a1 R 1 jx 1 I 1cc X 12=t 2 X 2 I 1cc = I 10 I 12cc si ha E 1= E a1 R 1 jx 1 I 1cc Ora: Pagina: 28

29 1/5 Funzionamento a carico: lo scorrimento ωc ωr 60 c r c r 2 n c nr s= = = 60 nc c c 2 n r =n c 1 s r = c 1 s = 1 s p con rotore bloccato n r =0 s=1 al sincronismo n r =nc s=0 E a2s I 2s= R 2 jx 2s s E a2 E a2 I 2s= = R 2 jsx 2 R 2 jx 2 s c r =s c E a2s =s E a2 f s =s f X 2s=s X 2 I 2 I 1cc = I 10 I 12= I 10 t Ora: Pagina: 29

30 2/5 Funzionamento a carico: circuiti equivalenti R 12 1 s = R 12 R 12 s s Ora: Pagina: 30

31 3/5 Funzionamento a carico: potenza, coppia e rendimento Potenza trasferita al rotore Potenza trasferita all ' asse R P r =3 I 12=3 R12 I 12 3 R 12s I 12 s 1 s 2 1 s 2 2 P m =3 R 12s I 12=3 R 12 I 12=3 R 2 I2 s s Coppia elettromeccanica 1 s 2 3 R2 I2 2 Pm 3 R I s p p 2 2 C= = = = Pr r s 1 s p Rendimento Pu P mecc = = P a P mecc P diss Ora: Pagina: 31

32 4/5 Funzionamento a carico: circuiti equivalenti semplificati X = X 1 X 12 R 12 R s = R 1 s Ora: Pagina: 32

33 5/5 Prova a vuoto (s=0) ed in c.to c.to (s=1): determinazione dei parametri Ora: Pagina: 33

34 1/1 Diagramma circolare Ora: Pagina: 34

35 1/1 Caratteristica meccanica e stabilità di funzionamento p s R 2 E a2 3 p E a2 s R2 p 3 R2 I 2 C s = = = s R 22 s 2 X 22 R 2 s X 2 3 p E 2a2 R 2 Coppia di spunto s=1 C a = R 22 X 22 dc s =0 ds R2 sm = X2 3 p E 2a2 1 CM= 2 X 22 R2 n M =n c 1 s M =n c 1 X2 Ora: Pagina: 35

36 1/5 Avviamento motore: macchina a rotore avvolto (avviamento reostatico) Ora: Pagina: 36

37 2/5 Avviamento motore: macchina con rotore a gabbia semplice o doppia gabbia semplice gabbia doppia Ora: Pagina: 37

38 3/5 Avviamento motore: macchina con rotore a doppia gabbia statore Il flusso concatenato con la gabbia secondaria investe anche il traferro (µ ridotta) Il flusso concatenato con la gabbia primaria investe il traferro solo parzialmente (µ elevata) rotore h L μ gabbia secondaria Rs ; Xs L p >> L s gabbia primaria Rp ; Xp resistenza di rotore R2 alla frequenza di rotore f2 (R2dc = resistenza di rotore in continua) R 2 f 2 =R 2 dc 1 +k f 22 h4 ρ2 X p >> X s Ora: Pagina: 38

39 4/5 Avviamento motore: caratteristica macchina con rotore a doppia gabbia Ora: Pagina: 39

40 5/5 Avviamento stella-triangolo (Y/ ) Regolazione della velocità Il motore progettato per lavorare con gli avvolgimenti collegati a (i.e. con una tensione imposta sugli pari alla tensione concatenata dell'impianto, U) viene avviato con gli avvolgimenti collegati a Y (quindi soggetti ad una tensione pari alla tensione di fase, E=U/ 3) le correnti negli avvolgimenti si riducono quindi di un fattore 3, mentre le correnti di linea di 1/3, le potenze e la coppia (proporzionali al quadrato della tensione) si riducono anche esse di 1/3. L'avviamento Y/ quindi è possibile solo quando non è richiesta una coppia di avviamento elevata. f n r =n c 1 s =60 1 s p Variazione dello scorrimento Variazione delle frequenza Variazione del numero dei poli Inversione del verso di rotazione Ora: Pagina: 40

41 1/1 Generatore asincrono I generatori asincroni trovano applicazione nel campo dell'autoproduzione (prevalen-temente eolica), per potenze comunque limitate, grazie anche alle loro caratteristiche di economicità, affidabilità e semplicità di esercizio.i generatori asincroni: 1) non possono funzionare in modo indipendente da una rete alimentata da generatori sincroni; 2) forniscono solo potenza attiva alla frequenza e tensione imposte dalle rete (qualunque sia la velocità di rotazione del rotore purché s<0) ed assorbono potenza reattiva; 3) non necessitano di particolari regolazioni sul motore primo dalla cui velocità dipende solo l'energia immessa in rete; 4) hanno una corrente di c.to c.to che si annulla rapidamente. Ora: Pagina: 41

42 1/2 Motore asincrono monofase n ' ' c n r nr s' '= =1 =2 s n' 'c nc n ' c nr nr s'= =1 =s n'c nc Ora: Pagina: 42

43 2/2 Motore a condensatore Ora: Pagina: 43

44 1/2 Motori a poli schermati Ora: Pagina: 44

45 2/2 Regolatore di tensione ad induzione Ora: Pagina: 45

46 1/2 Parametri costruttivi di una macchina asincrone Tipo e modo di raffreddamento Livello di protezione Eventuali caratteristiche antideflagranti Numero delle fasi e collegamento Potenza nominale e tipo di servizio Tensione di alimentazione Perdite e rendimento Corrente nominale Fattore di potenza a corrente nominale Corrente a vuoto Ora: Pagina: 46

47 1/2 Valori medi dei principali parametri di motori asincroni I avv P mecc +P fe In C avv Cn C max Cn Ora: Pagina: 47